钢结构厂房的设计与分析

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1、钢结构厂房的设计与分析　　0引言　　近年来，随着我国综合国力的增强，工业厂房设计正向着大跨度、大柱距和大吨位吊车的重型复杂工业厂房发展。本文结合近几年我院设计的沈阳北方重工(集团)有限责任公司冷加工及热加工整体搬迁改造项目生产厂房、沃得重工有限公司年产万台高性能压力机械生产线建设项目生产厂房为案例。谈谈对钢结构厂房设计中需注意的地方和简要分析。　　从建筑上讲，要求构成较大的空间　　钢结构厂房是冶金、机械等车间的主要型式之一。为了满足在车间中放置尺寸大、较重型的设备生产重型产品，要求厂房适应不同类型生产的

2、需要，构成较大的空间。　　从结构上讲，要求厂房的结构构件要有足够的承载能力　　由于产品较重且外形尺寸较大。因此作用在钢结构厂房结构上的荷载、厂房的跨度和高度都往往比较大，并且常受到来自吊车、动力机械设备的荷载的作用，要求厂房的结构构件要有足够的承载能力。　　重型厂房的设计多采用普通钢结构格构式柱和实腹式屋面梁体系，屋面和墙面均采用彩钢板；这种结构的自重轻，强度高，抗震性能好，施工速度快。在满足工艺布置要求的前提下，应根据计算比较选择合适的柱距；　　荷载取值应按照《建筑结构荷载规范》确定。一般情况下，屋面

3、恒载应按照实际情况计算取值，屋面活荷载、风荷载、雪荷载和积灰荷载等按规范，其它附加荷载应按实际情况输入。需要说明的是，屋面活荷载和雪荷载在计算时应取二者的大值作为活荷载输入，有积灰的还应考虑积灰荷载。厂房屋面的通风器由于其高度和宽度都较大，计算时应按照实际情况转化为集中载荷输入。在厂房的高低屋面处，还应考试积雪的堆积影响，防止由此产生的屋面结构的破坏。同样局部风荷载的增大也会使屋面板和檩条的连接被撕坏，从而将屋面板掀起来。　　对于柱距较大的多层吊车多跨厂房，计算吊车竖向荷载时，应按实际情况以及荷载的作用

4、效应，合理确定不同工况、不同效应下参与组合的吊车台数，不能完全按照荷载规范，也不能一味取大。　　通过对钢结构失稳破坏原因分析发现，钢结构中出现过的失稳事故往往都是由于设计者的经验不足，对结构及构件的稳定性能不够清楚，对如何保证结构稳定缺少明确概念，造成结构设计中产生不应有的薄弱环节。　　对于平面弯曲的钢梁，由于钢梁整体失稳的主要原因是在弯曲压应力作用下，受压翼缘发生侧向失稳所致，因此，可以把轴心受压构件整体稳定性的概念运用到钢梁受压翼缘在弯矩作用平面外的稳定性上。即通过设置侧向支撑以减小梁受压翼缘的侧向

5、自由长度或加大受压翼缘的宽度以减小侧向的回转半径。　　一般在钢梁截面设计中，考虑强度时，腹板宜既高又薄；考虑整体稳定时，翼缘宜既宽又薄。在荷载作用下。若板件宽厚比太大，受压翼缘和腹板有可能发生波形屈曲，称为梁的局部失稳。梁丧失局部稳定后，梁的部分区域退出工作，将使梁的有效截面面积好刚度减小，强度承载力和整体稳定性降低。因此，必须限制梁的宽厚比，对于中大跨度梁的腹板，可从失稳现象入手，采取布置腹板加劲肋防止其凸凹变形的措施，以解决局部稳定问题。　　而对于压弯构件即与梁刚接的钢柱，防止其整体失稳的措施就是加

6、强构件的侧向支撑，增大构件的抗弯及抗扭刚度。压弯构件的局部失稳措施与平面弯曲的钢梁相似。　　《建筑抗震设计规范》中，限制截面板件宽厚比计算的目的，是期望截面应力进入非弹性范围后，有抵抗局部屈曲的能力，使塑性铰区域有一定的转动能力，从而保证在地震反复作用下结构具有足够的延性，通过塑性变形耗散输入的地震能量。　　对于7度及以上抗震设防的钢结构厂房，通常使用“强柱弱梁”的原则，即梁先于柱出现塑性铰，而且要求塑性有一定的转动能力，所以此时对梁的塑性区段板件的局部稳定要求比较严格，通常不允许发生局部失稳，而且也要

7、求控制弹塑性局部屈曲的发生。　　对于刚架柱而言，一般不会出现塑性铰，但是考虑到材料的变异性和尺寸偏差及大震下的塑性内力重分布，柱子也有可能出现塑性铰。因此也需要按照考虑塑性发展来对板件宽厚比进行控制。不过即使柱子出现塑性铰，也不会有过大的转动，因此对柱子的局部稳定限制不如梁严格。　　当梁腹板宽厚比不满足时，按照《钢结构设计规范》可加横向及纵向加劲肋或利用腹板屈曲后强度进行计算；柱腹板宽厚比不满足时，可利用纵向加劲肋或考虑有效截面进行计算。但是《建筑抗震设计规范》规定对于单层钢结构厂房只能通过加纵向加劲肋

8、进行计算，而且宽厚比控制很严，往往其它方面都满足，就宽厚比不满足，加厚腹板就失去经济性，此时使用Q345钢，虽单价高于Q235钢，但强度高，较经济。　　厂房的纵向刚度主要由钢柱、柱间支撑和其它纵向构件来保证。　　从历次地震中所发生的单层钢结构厂房的实际震害来看，厂房柱间支撑结构的震害主要表现为：上下柱斜撑的平面内屈曲，下柱支撑与柱连接节点的破坏和杆件拼接处的断裂。柱间支撑作为厂房纵向的主要抗震构件，其设计尤为重要，应进行严格的计算和采用合理